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液晶高分子LCP的现状与发展

2023-02-10

液(ye)(ye)晶态是物(wu)质的一(yi)种存在形态,液(ye)(ye)晶态的物(wu)质称为液(ye)(ye)晶(LC)。具有液(ye)(ye)晶性(xing)的高分子(zi)称为液(ye)(ye)晶高分子(zi)(LCP),又称之为液(ye)(ye)晶聚合物(wu)。

一、发展(zhan)简史(shi)

   液(ye)晶高(gao)分子(zi)(zi)的首次(ci)发现是1937年(nian)(nian)BAWDEN等在烟草花叶病毒的悬浮液(ye)中观察到液(ye)晶态,美(mei)国(guo)物理学家ONSAGER(1949年(nian)(nian))和高(gao)分子(zi)(zi)科学家FLORY(1956年(nian)(nian))分别(bie)对刚棒状液(ye)晶高(gao)分子(zi)(zi)做出(chu)了理论解释。

20世纪60年(nian)代以来,美(mei)国(guo)(guo)杜邦(bang)公司(si)先后推出Kevla等酰胺类液晶高(gao)分子,其中KevlarTM于1972年(nian)生产,它是一(yi)种(zhong)高(gao)强(qiang)度、高(gao)模量材料,被(bei)称为“梦幻纤维”。之后又有自增(zeng)强(qiang)塑料XydarTM(美(mei)国(guo)(guo)Dartco公司(si),1984年(nian))、VectraTM(美(mei)国(guo)(guo)Celanese公司(si),1985年(nian))、X7GTM(美(mei)国(guo)(guo)Eastman公司(si),1986年(nian))和(he)EkonolTM(日本住友(you)公司(si),1986年(nian))等聚酯类液晶高(gao)分子生产。
20世(shi)纪(ji)70年代,FINKELMAN等将小分子液(ye)晶(jing)显示及存储等特(te)性与(yu)聚合物的(de)良好加工特(te)性结(jie)合,开发了具有各种功能特(te)性的(de)侧链液(ye)晶(jing)高分子材料。

      

   作为(wei)(wei)结构(gou)性材料(liao),由于液晶高(gao)分(fen)子是强度和(he)(he)模量最高(gao)的(de)(de)高(gao)分(fen)子,因此可用(yong)于防弹衣、航天飞机(ji)、宇宙(zhou)飞船、人(ren)造卫星、飞机(ji)、船舶、火(huo)箭和(he)(he)导弹等(deng);由于它具有对微波透(tou)明(ming),极(ji)小(xiao)的(de)(de)线(xian)膨胀系(xi)数(shu),突(tu)出的(de)(de)耐(nai)热性,很高(gao)的(de)(de)尺寸精度和(he)(he)尺寸稳定性,优异的(de)(de)耐(nai)辐(fu)射、耐(nai)气(qi)候老化(hua)、阻燃和(he)(he)耐(nai)化(hua)学腐蚀(shi)性,因此可用(yong)于微波炉(lu)具、纤维光(guang)缆的(de)(de)被覆、仪(yi)器、仪(yi)表、汽车及(ji)(ji)机(ji)械(xie)行业设备及(ji)(ji)化(hua)工装置(zhi)等(deng);作为(wei)(wei)功(gong)能材料(liao)它具有光(guang)、电(dian)、磁及(ji)(ji)分(fen)离(li)等(deng)功(gong)能,因此可用(yong)于光(guang)电(dian)显示、记录、存储、调(diao)制和(he)(he)气(qi)液分(fen)离(li)材料(liao)等(deng)。


沃特LCP应用于(yu)5G材料 

      

   从首次(ci)发(fa)现合(he)成(cheng)高分(fen)子(zi)(zi)多肽溶液的(de)液晶态至今(jin),液晶高分(fen)子(zi)(zi)的(de)历史仅七十余年,但(dan)其发(fa)展迅速、应用广(guang)泛。目前已(yi)知的(de)液晶高分(fen)子(zi)(zi)种类很多,据不完全统(tong)计,至今(jin)已(yi)经合(he)成(cheng)了两千多种结构的(de)液晶高分(fen)子(zi)(zi)。

从科(ke)(ke)学意义(yi)上看,液晶(jing)(jing)高(gao)分(fen)(fen)子(zi)兼(jian)有液晶(jing)(jing)态(tai)(tai)(tai)、晶(jing)(jing)态(tai)(tai)(tai)、非晶(jing)(jing)态(tai)(tai)(tai)、稀溶(rong)液和(he)浓溶(rong)液等各种凝(ning)聚(ju)(ju)态(tai)(tai)(tai),对它的研究有助于全(quan)面了解高(gao)分(fen)(fen)子(zi)凝(ning)聚(ju)(ju)态(tai)(tai)(tai)的科(ke)(ke)学奥秘(mi)。

      

   为了更好地(di)研究和(he)开(kai)发(fa)液(ye)晶(jing)(jing)高分子材料,需(xu)要将其进行合理分类(lei)(lei)(lei)。液(ye)晶(jing)(jing)的分类(lei)(lei)(lei)有多(duo)种方法,如(ru):按(an)(an)液(ye)晶(jing)(jing)态形成(cheng)的方式、按(an)(an)高分子的形状(zhuang)和(he)液(ye)晶(jing)(jing)基(ji)元的位(wei)置、按(an)(an)液(ye)晶(jing)(jing)晶(jing)(jing)形、按(an)(an)主链(lian)(lian)的化学结构特征、按(an)(an)聚合物(wu)的基(ji)本链(lian)(lian)节类(lei)(lei)(lei)型(xing)、按(an)(an)耐温等级等。

本文主(zhu)要偏(pian)重于具有(you)工业价值的(de)液晶高分子的(de)论述(shu),着重选取了按照液晶态形(xing)成(cheng)方式和耐温等级进(jin)行分类。

按照(zhao)液(ye)晶态形成(cheng)的方式可以(yi)分为热致(zhi)液(ye)晶高分子(zi)(TLCP,以(yi)液(ye)晶聚酯为代表)和溶致(zhi)型液(ye)晶高分子(zi)(LLCP,以(yi)KevlarTM为代表)。


液晶聚酯(zhi)树脂 图源:东(dong)丽

      

   按耐热(re)(re)等(deng)级(ji)可分为(wei)I型(xing)(xing)(高耐热(re)(re)级(ji),成(cheng)型(xing)(xing)温度(du)高,热(re)(re)变形(xing)温度(du)在(zai)320℃左右或更高,如美(mei)(mei)国Dartco公(gong)(gong)(gong)司的XydarTM和(he)日本住(zhu)友公(gong)(gong)(gong)司的EkonolTM)、II型(xing)(xing)(中(zhong)等(deng)耐热(re)(re)级(ji),具(ju)有(you)与(yu)通(tong)用级(ji)工(gong)程塑料相近(jin)的耐热(re)(re)等(deng)级(ji)和(he)成(cheng)型(xing)(xing)加工(gong)温度(du),热(re)(re)变形(xing)温度(du)在(zai)220℃以上,如美(mei)(mei)国Celanese公(gong)(gong)(gong)司的VectraTM)和(he)III型(xing)(xing)(一般耐热(re)(re)级(ji),耐热(re)(re)温度(du)较(jiao)低(di),热(re)(re)变形(xing)温度(du)在(zai)120℃左右,成(cheng)型(xing)(xing)加工(gong)性能好(hao),价格低(di),如美(mei)(mei)国Eastman公(gong)(gong)(gong)司的X7GTM和(he)日本Unitika公(gong)(gong)(gong)司的RodrunTM  LC系列),三种类型(xing)(xing)的聚合物典型(xing)(xing)结构见图1。


图1 三种类(lei)型的液晶高分(fen)子典(dian)型结构

      

   目前,全球有聚(ju)合能力的(de)生(sheng)产企(qi)业主要(yao)(yao)集中在美(mei)国和(he)日本,各(ge)大(da)公(gong)司主要(yao)(yao)型(xing)号的(de)液(ye)晶高分子产品类型(xing)见表1。

表(biao)1 各大(da)公司主要型号(hao)的液晶(jing)高(gao)分子产品类型



二、市场供(gong)需

1 全球(qiu)供需(xu)关系及预(yu)测(ce)
1.1 全球(qiu)液(ye)晶高分子生产现状
   液(ye)晶高(gao)(gao)分子(zi)的(de)工(gong)业化(hua)产(chan)品几乎(hu)被国(guo)外公司垄断,例(li)如美国(guo)的(de)塞拉尼斯(si)公司、日本的(de)宝(bao)理塑(su)料(liao)株式(shi)会社、日本的(de)住(zhu)友化(hua)学株式(shi)会社等(deng),我(wo)国(guo)在液(ye)晶高(gao)(gao)分子(zi)的(de)生产(chan)制备上(shang)处于起步(bu)阶(jie)段。现阶(jie)段全(quan)球产(chan)能分布见(jian)图2。

图2 2021年(nian)全球液晶(jing)高分(fen)子产能分(fen)布

     

    随着我国经(jing)济的快速(su)发(fa)(fa)展,尤(you)其(qi)是与高(gao)新(xin)技术密切相关的电子工(gong)业(ye)(ye)、汽车工(gong)业(ye)(ye)、航空(kong)航天(tian)、通信、国防,以(yi)(yi)及相关制造业(ye)(ye)的高(gao)速(su)发(fa)(fa)展,液(ye)晶高(gao)分子材料的需(xu)求和(he)依(yi)赖性(xing)日(ri)益(yi)增长,开发(fa)(fa)具有竞争力的高(gao)性(xing)能液(ye)晶高(gao)分子,以(yi)(yi)适应我国相关产(chan)业(ye)(ye)发(fa)(fa)展的要求,对(dui)打破国外的垄断,提高(gao)我国相关产(chan)业(ye)(ye)的经(jing)济效(xiao)益(yi)和(he)竞争力具有重要的现实(shi)意义。

1.2 全球需求分析(xi)及预测
   从全球需(xu)求端来看,2013年(nian)全球液晶(jing)高分子的需(xu)求为4.61万t,预(yu)计到(dao)2025年(nian)将达(da)到(dao)8.17万t,将以6.4%的年(nian)均增长率(lv)增长。2019年(nian)后(hou)随着(zhe)电子行(xing)业的片式化、小型化,电子电器连接器的用量有所下(xia)降(jiang),加上受新冠(guan)肺炎疫(yi)情(qing)带来(lai)的下(xia)游企业开(kai)工率(lv)的影(ying)响,2020年(nian)液晶(jing)高分(fen)子全球需(xu)求量有所下(xia)降(jiang)。
   随着5G技术的推进及新能(neng)源(yuan)汽(qi)车(che)的应用增(zeng)加,液晶(jing)高(gao)分(fen)子的全(quan)球需求(qiu)量将继续持续增(zeng)长,预(yu)计2025年(nian)能(neng)达到(dao)8万(wan)t。
2 国内供需及预(yu)测
2.1  国内生产现状
   中国企业(ye)进(jin)入液(ye)晶(jing)高(gao)分子产业(ye)时间比较晚,相(xiang)关(guan)(guan)(guan)液(ye)晶(jing)高(gao)分子产品长(zhang)期(qi)依赖进(jin)口;随着液(ye)晶(jing)高(gao)分子材料需求的(de)增长(zhang)叠加国内(nei)替(ti)代效应,国内(nei)公司开(kai)始关(guan)(guan)(guan)注(zhu)该领域并陆续进(jin)行相(xiang)关(guan)(guan)(guan)技术开(kai)发和(he)工业(ye)化生(sheng)产。
   复旦大学(xue)卜(bu)海(hai)山教授率先进行并完成(cheng)了液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi)的研究(jiu)开(kai)发(fa),同时成(cheng)立了上(shang)(shang)海(hai)科谷(gu)化(hua)(hua)工产(chan)品(pin)制造公(gong)(gong)司(简称(cheng)上(shang)(shang)海(hai)科谷(gu)公(gong)(gong)司)进行产(chan)业化(hua)(hua)和商品(pin)化(hua)(hua)。后期(qi)(qi)上(shang)(shang)海(hai)普利特复合(he)材料股份(fen)有(you)限(xian)公(gong)(gong)司(简称(cheng)上(shang)(shang)海(hai)普利特)整体收(shou)购了上(shang)(shang)海(hai)科谷(gu)公(gong)(gong)司,获取部分(fen)(fen)工业化(hua)(hua)技术后,在上(shang)(shang)海(hai)金山化(hua)(hua)工园建设液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi)树脂(zhi)聚合(he)装置和改性装置,并开(kai)始批量生产(chan),以商品(pin)名(ming)Pret供应客户,前期(qi)(qi)主(zhu)要开(kai)发(fa)了熔点(dian)为330℃、335℃和340℃的液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi),后期(qi)(qi)又开(kai)发(fa)了熔点(dian)为280℃的液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi)。

普利特LCP材料(liao)

   金(jin)发科(ke)技(ji)股份有限(xian)公司(si)(简称金(jin)发科(ke)技(ji))前期以购买苏威公司(si)树脂(zhi)进行(xing)改(gai)性(xing)生(sheng)产(chan)为主,并(bing)以VicrystⓇ为商(shang)品(pin)名开(kai)始向外销售液晶高分(fen)子改(gai)性(xing)材料,后期逐步开(kai)始自主生(sheng)产(chan)液晶高分(fen)子树脂(zhi)部分(fen)替代苏威公司(si)树脂(zhi),并(bing)进行(xing)改(gai)性(xing)后向外销售。

   南(nan)通(tong)海迪(di)(di)新(xin)材(cai)料(liao)有(you)限公司(简(jian)称海迪(di)(di)新(xin)材(cai)料(liao))为配合日本(ben)某科技公司推(tui)广液晶改(gai)性材(cai)料(liao),于2014年开始研发液晶高分子树脂的(de)聚(ju)合技术,于2017年成功生(sheng)产(chan)出低温(wen)、中温(wen)和高温(wen)液晶高分子树脂,并向中国国内(nei)销售纯树脂,海迪(di)(di)新(xin)材(cai)料(liao)于2021年被上海普利特收购。

图源:南(nan)通海迪


   深圳市沃特新材(cai)料股份有限公(gong)司(简称(cheng)沃特股份)购买了(le)韩国三(san)星(xing)(xing)集团的液(ye)晶(jing)(jing)高(gao)分子聚(ju)合(he)和改性(xing)的成套设备并在江苏盐城建立了(le)工厂,经过积极吸(xi)收消化三(san)星(xing)(xing)的聚(ju)合(he)和改性(xing)技(ji)术,成功开发出KD、KC、KB等系列(lie)产品,商品名(ming)延续了(le)原(yuan)三(san)星(xing)(xing)液(ye)晶(jing)(jing)高(gao)分子的商品名(ming)SeicionⓇ。

图源:沃特股份


   南京清(qing)研(yan)高(gao)分(fen)(fen)子新材料(liao)有限公司(简称清(qing)研(yan)高(gao)分(fen)(fen)子)于(yu)2018年利用深(shen)圳清(qing)华(hua)大学研(yan)究院的先进(jin)技(ji)术(shu),开始生产(chan)(chan)液晶高(gao)分(fen)(fen)子纯树脂和改性(xing)料(liao),产(chan)(chan)品涵盖I型(xing)和II型(xing)树脂,包括注塑级(ji)液晶高(gao)分(fen)(fen)子树脂、膜(mo)级(ji)液晶高(gao)分(fen)(fen)子树脂、纤维级(ji)液晶高(gao)分(fen)(fen)子树脂和液晶高(gao)分(fen)(fen)子改性(xing)材料(liao),商品名为HorricaⓇ,2021年产(chan)(chan)能为3000 t,2023年将(jiang)建成万吨级(ji)产(chan)(chan)线。


图源:南京清研

   宁波聚(ju)嘉(jia)新(xin)(xin)材(cai)料科技有限公司(si)(简称聚(ju)嘉(jia)新(xin)(xin)材(cai)料)于2020年中试生产(chan)液晶(jing)高分子,2021年产(chan)量为500t左右,产(chan)品目前(qian)主要以针对中低端(duan)要求的应用群(qun)体为主。

图源:聚(ju)嘉新材(cai)料


2.2 国内需求(qiu)分析(xi)及预测

   近(jin)年来由商务部牵头海关(guan)、税务等(deng)部门(men),加(jia)大支持液(ye)晶高(gao)分(fen)子材料(liao)的工程化、产业化及其应用(yong),国产液(ye)晶高(gao)分(fen)子行业进入有序(xu)发展(zhan)阶段。预测到(dao)2023年国内液(ye)晶高(gao)分(fen)子产能将达到(dao)42500t/a,同比2021年将增长215%(见图(tu)3)。


图(tu)3 2023年全球液晶(jing)高(gao)分子产(chan)能分布


三、工艺技术

   液晶(jing)高(gao)分子的(de)合成和其他高(gao)分子材料一样,主要(yao)有2种聚合方式,即缩(suo)聚反应(ying)和加(jia)聚反应(ying)。合成侧链和甲壳型液(ye)晶高(gao)分子(zi)主(zhu)要(yao)以烯烃(ting)加聚反应为主(zhu),而(er)合成主(zhu)链型液(ye)晶高(gao)分子(zi)主(zhu)要(yao)以缩聚反应为主(zhu)。
本文主(zhu)要讨论(lun)的是热致型液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi)材(cai)料(liao),合(he)成(cheng)方(fang)式主(zhu)要以高(gao)温熔(rong)融酯交换缩聚法(fa)合(he)成(cheng),这是合(he)成(cheng)液(ye)晶高(gao)分(fen)(fen)子(zi)最主(zhu)要的工业方(fang)法(fa),在温度超过(guo)300℃以上(shang)条件下,羧酸酯通过(guo)和羟基(或(huo)酚(fen))单体(ti)反应(ying)而(er)聚合(he)成(cheng)聚酯。为了进(jin)一步提高(gao)分(fen)(fen)子(zi)质(zhi)量,后(hou)期有2种(zhong)途径实现。
直(zhi)接熔(rong)融聚(ju)合(he)(he)对聚(ju)合(he)(he)设备(bei)要求高,聚(ju)合(he)(he)温(wen)度(du)(du)基本在350℃左(zuo)右,某些熔(rong)点(dian)更高的液晶高分子聚(ju)合(he)(he)温(wen)度(du)(du)会更高,甚(shen)至会超过390℃,加热介质的温(wen)度(du)(du)要比聚(ju)合(he)(he)温(wen)度(du)(du)还要高20K左(zuo)右,在如(ru)此之(zhi)高的温(wen)度(du)(du)条件下,聚(ju)合(he)(he)反应的生成(cheng)产(chan)物(wu)醋(cu)酸(suan)对设备(bei)腐(fu)蚀变(bian)强。同时,采(cai)用第二种工艺(yi)相对而言产(chan)品品质要优于第一种工艺(yi)(见表2)。

表2 两(liang)种液(ye)晶(jing)高(gao)分(fen)子合(he)成工(gong)艺产品品质(zhi)对(dui)比



   目(mu)前欧洲、美(mei)国、日本、韩国等(deng)国家(jia)及地区的(de)液晶高分(fen)子生产(chan)商都采用第二种工艺生产(chan),细微(wei)的(de)区别(bie)在于聚合用反(fan)应(ying)釜(fu)的(de)大小(xiao)、形状,以及固(gu)相(xiang)反(fan)应(ying)器的(de)类(lei)型。其中,固(gu)相(xiang)反(fan)应(ying)器部分(fen)厂家(jia)采用间歇(xie)式(shi),部分(fen)厂家(jia)采用连续式(shi)。

   在我(wo)国,上海普利特原(yuan)采用熔融(rong)聚(ju)合(he)的(de)(de)(de)方式生产(chan)(chan)液晶(jing)高(gao)分子,后期(qi)采用高(gao)真空的(de)(de)(de)聚(ju)合(he)工艺(yi),生产(chan)(chan)出的(de)(de)(de)液晶(jing)高(gao)分子产(chan)(chan)品整体不(bu)太理想,后期(qi)收购(gou)了海迪新材料后采用熔融(rong)聚(ju)合(he)和(he)固相聚(ju)合(he)结合(he)的(de)(de)(de)工艺(yi),使(shi)普利特的(de)(de)(de)工程能力(li)有明显进步。
   沃特股(gu)份购(gou)买了韩国三星(xing)集团(tuan)的液晶(jing)高分子生产(chan)(chan)线,在江苏盐(yan)城建厂生产(chan)(chan)液晶(jing)高分子,采用韩国三星(xing)的熔融聚合结(jie)合固相聚合生产(chan)(chan)工艺,生产(chan)(chan)出(chu)的产(chan)(chan)品相对比较稳定。
   金(jin)发(fa)科技也是国内较早自主开发(fa)液晶(jing)高分子的(de)企业,主要采用熔融聚合(he)和间歇式(shi)固相聚合(he)相结合(he)的(de)工艺。
清(qing)研高分子建(jian)厂于宁夏,其(qi)自主开发出(chu)连续式(shi)固相聚(ju)(ju)合(he)设备,生产(chan)(chan)工艺(yi)采用熔融聚(ju)(ju)合(he)结合(he)连续式(shi)固相聚(ju)(ju)合(he)工艺(yi),生产(chan)(chan)的液(ye)晶(jing)高分子(zi)(zi)品质稳(wen)定,同时(shi)能生产(chan)(chan)出(chu)对(dui)标宝理塑料株式(shi)会社(she)(简称宝理公司)和住友化学(xue)株式(shi)会社(she)(简称住友公司)全牌号的液(ye)晶(jing)高分子(zi)(zi)树脂(zhi)和改(gai)性料。
聚嘉新材料液晶高分子生产采用(yong)两步法,主要采用(yong)熔融(rong)聚合(he)和(he)连(lian)续式固相(xiang)聚合(he)相(xiang)结合(he)的工艺。
在产能方面(mian),目前沃(wo)特股份、金发科技、清(qing)(qing)研高分子(zi)不相伯(bo)仲,产能皆为(wei)3000t/a左右(you)。2023年随(sui)着国内厂家的扩产,沃(wo)特股份和清(qing)(qing)研高分子(zi)的液(ye)晶(jing)(jing)高分子(zi)产能将(jiang)达(da)到万吨级,将(jiang)为(wei)液(ye)晶(jing)(jing)高分子(zi)产品的国产化(hua)替代作出可观的贡(gong)献,届时有望彻底打破国内液(ye)晶(jing)(jing)高分子(zi)原材(cai)料长期依赖进口的局面(mian)。
   在(zai)技术(shu)方(fang)面,清(qing)研高分子因具(ju)备深圳清(qing)华大学研究(jiu)院(yuan)的背景和相关技术(shu)支持,积极(ji)开发先进工艺(yi)和工程(cheng)设(she)备,紧(jin)随国(guo)外公(gong)司(si)研发方(fang)向,在(zai)国(guo)内拥有技术(shu)领先优势。
四、应用进展
   由于(yu)液晶(jing)(jing)高分子在(zai)力学性能、化学性能和信号传(chuan)输方面具(ju)有(you)良好的特性,所以(yi)在(zai)多个领域具(ju)有(you)极强的应用(yong)价值。目前液晶(jing)(jing)高分子主要(yao)应用在(zai)工程(cheng)塑(su)料(liao)领(ling)(ling)域、薄膜领(ling)(ling)域和(he)纤维领(ling)(ling)域。未(wei)来随着5G时代(dai)的到来,因液晶高分子(zi)具有优异的介电(dian)性能(neng),会进一步(bu)拓展(zhan)到高频封装领域、无人驾驶领域和(he)可穿戴领域等(deng)。


1 工程(cheng)塑料领域
   作为工(gong)程塑(su)料的(de)液晶(jing)高分子主要通过添(tian)加玻纤、矿(kuang)物质及其他(ta)添(tian)加剂来(lai)填充改性,以达到(dao)某些特定的(de)规格应(ying)(ying)用(yong)于(yu)不同的(de)产品。液晶(jing)高分子的(de)早期(qi)应(ying)(ying)用(yong)较为单(dan)一(yi),基本都(dou)是电子器件,随着科技(ji)发展逐渐扩宽,应(ying)(ying)用(yong)涵盖了(le)以下(xia)应(ying)(ying)用(yong)场景:
  • 电子电器(qi),包括连(lian)接器(qi)、线圈架、线轴、基片载体、电容器(qi)等(deng)。

  • 汽车工业(ye),包括(kuo)汽车燃(ran)烧系统元件(jian)、燃(ran)烧泵、隔热部件(jian)、精密元件(jian)、电子元件(jian)等。

  • 航(hang)空航(hang)天,包括雷达(da)天线屏蔽罩、耐(nai)高温(wen)耐(nai)辐射壳(qiao)体等。


   液(ye)晶高(gao)分(fen)子在(zai)高(gao)频段能表现出优异的介(jie)电性能,其(qi)自(zi)身具有较低(di)的介(jie)电常数和(he)介(jie)电损耗,因此,在(zai)5G时代设备对材料的各项性能要求(特(te)别是电性能要求)越(yue)来越(yue)高(gao)的背景(jing)下,液(ye)晶高(gao)分(fen)子将会(hui)被(bei)广泛(fan)应(ying)用于(yu)高速连接器、5G基站天线振子、5G手(shou)机天线、高频电路板等方面(mian)。


   5G传(chuan)(chuan)输速度(du)大幅提升,为了确保数据传(chuan)(chuan)输的可靠性(xing)需(xu)要提升高(gao)速连接器(qi)的性(xing)能,从而增加了对低(di)(di)介电常数、低(di)(di)介电损耗连接器(qi)材料的需(xu)求,液晶(jing)高(gao)分(fen)子具有极低(di)(di)的吸(xi)水性(xing)和(he)很好的介电稳定性(xing),同(tong)时(shi)具备低(di)(di)翘曲、高(gao)流动性(xing)和(he)尺寸稳定性(xing),适(shi)合应用于5G高(gao)速连接器(qi)。
   振子(zi)(zi)是天线内部最(zui)为重(zhong)要的(de)功能(neng)性部件(jian),出于(yu)减重(zhong)降(jiang)本的(de)目的(de),塑料(liao)振子(zi)(zi)受到(dao)关注。雷射(she)直接成型(LDS)工艺生产的(de)塑料(liao)振子(zi)(zi)已经导入量产,其(qi)中(zhong)采用(yong)了部分(fen)LDS—LCP材料(liao)。液晶高分(fen)子(zi)(zi)材料(liao)介电损耗、热膨胀系数极低(di),耐热、耐燃性良(liang)好,在5G高频段竞(jing)争优势明显。
   LDS—LCP材料(liao)除了(le)应用在天(tian)(tian)线(xian)(xian)振子上,还可(ke)以应用于(yu)手机(ji)天(tian)(tian)线(xian)(xian)中(zhong)。部分安卓系智能(neng)终端选(xuan)择了(le)以LDS等(deng)成(cheng)熟工艺为主的(de)5G天(tian)(tian)线(xian)(xian)解决方案(an)。液(ye)晶(jing)高(gao)分子材料(liao)具(ju)有高(gao)流(liu)动、薄壁成(cheng)型和尺寸(cun)稳定等(deng)特性(xing),超高(gao)的(de)耐温特性(xing)可(ke)通过回(hui)流(liu)焊制成(cheng),适合用于(yu)LDS天(tian)(tian)线(xian)(xian)


2  薄膜(mo)领域

   随着5G时(shi)代的(de)(de)到来,液晶高(gao)(gao)(gao)分子(zi)在微波/毫米波频段(duan)内介(jie)电常数(shu)低、损(sun)耗小,并且其(qi)热稳定性(xing)高(gao)(gao)(gao)、机械强度(du)大、吸水(shui)率低,是一(yi)种适(shi)合(he)(he)于微米/毫米波电路使用、综合(he)(he)性(xing)能优异的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)分子(zi)材料,液晶高(gao)(gao)(gao)分子(zi)天线将替代聚酰亚胺(PI)天线。液晶高(gao)(gao)(gao)分子(zi)膜的(de)(de)需求量将会迅速(su)增长(zhang)。

      

   由于液晶高(gao)分(fen)子膜(mo)制(zhi)备(bei)技术壁垒较高(gao)及薄膜(mo)企业的供应链(lian)相(xiang)对封闭,因此市场上薄膜(mo)制(zhi)备(bei)企业稀(xi)缺。目前国际市场上掌(zhang)握(wo)天线(xian)用液晶高(gao)分(fen)子制(zhi)膜(mo)核心(xin)技术的企业主要(yao)是日(ri)本的伊(yi)势村(cun)田制作所、可乐丽株式会(hui)社和(he)千代田集团株式会(hui)社,而(er)能够(gou)达到商品阶(jie)段的(de)(de)是集团(tuan)株(zhu)式(shi)会社(she)村田制作所(suo)和可乐丽株(zhu)式(shi)会社(she)的(de)(de)天线用液晶高(gao)分(fen)子(zi)膜(mo),国内尚(shang)没有(you)能够(gou)自主量产(chan)满(man)足天线用液晶高(gao)分(fen)子(zi)膜(mo)的(de)(de)企业。国内虽然(ran)也有(you)部分(fen)厂商开始研发(fa)液晶高(gao)分(fen)子(zi)薄膜(mo)产(chan)品,但是离(li)量产(chan)成熟应用的(de)(de)液晶高(gao)分(fen)子(zi)薄膜(mo)产(chan)品还需要较(jiao)长的(de)(de)时间。


3 纤维领(ling)域

   液(ye)(ye)晶(jing)高(gao)分子(zi)纤维(wei)强度大、模量高(gao)、质量轻(qing),耐(nai)磨损、耐(nai)切割、耐(nai)次(ci)氯酸(suan)钠、耐(nai)老化等(deng)性能(neng)优异,是(shi)严峻环境下作(zuo)业人(ren)员防护(hu)用(yong)(yong)具材料的优选。液(ye)(ye)晶(jing)高(gao)分子(zi)纤维(wei)和芳纶纤维(wei)同属于高(gao)强高(gao)模的高(gao)性能(neng)纤维(wei),在高(gao)强度的牵引绳缆(lan)领域具有较广泛(fan)的应用(yong)(yong)。
而液(ye)晶高分子(zi)纤(xian)维独特具备的(de)(de)(de)低吸湿性,更优越(yue)的(de)(de)(de)干/湿态耐磨性能使其在(zai)海洋等恶劣的(de)(de)(de)环境中有优异的(de)(de)(de)运(yun)用(yong)(yong)性能;同时,轻质及优异的(de)(de)(de)电绝缘性使其在(zai)线缆包覆增强材料(liao)的(de)(de)(de)应用(yong)(yong)上具有优越(yue)的(de)(de)(de)综(zong)合性能,是(shi)一种理想(xiang)的(de)(de)(de)通(tong)信(xin)光(guang)缆的(de)(de)(de)增强材料(liao)。
采用纤维级液(ye)晶(jing)高分子通(tong)过单螺杆挤出机进行熔融(rong)纺丝,可形成(cheng)不(bu)同(tong)规格的纤维。从液(ye)晶(jing)高分子的特(te)性来看,液(ye)晶(jing)高分子纤维主(zhu)要具(ju)有以下优势(shi)特(te)点:
  • 优良的(de)力学(xue)性能和较(jiao)低的(de)吸湿性,具有高强高模特性和小于0.1%的(de)回潮率。

  • 出色的(de)耐磨(mo)性能,测试数据显示,其耐磨(mo)性能优于芳纶(lun)纤维。

  • 优良(liang)的耐折(zhe)性能,在6kg负重(zhong)10d及25kg负重(zhong)2d的测(ce)试(shi)条件(jian)下(xia),其强度损失(shi)均(jun)低于(yu)2%。

  • 优良的介电性(xing)能,在1GHz和10GHz测试条件下,其相对介电常数均低于2。

  • 优良(liang)的耐化学(xue)性能,在酸性或者碱性的环境(jing)中(zhong)均具有较(jiao)高的强度保持率。


4  高频封(feng)装领(ling)域

   液晶高分(fen)(fen)子(zi)性能突出(chu),有(you)望(wang)应(ying)用(yong)于5G高频(pin)封装材(cai)(cai)料(liao),尤其是可以用(yong)做射频(pin)前端的(de)塑封材(cai)(cai)料(liao),相(xiang)比(bi)于低(di)温(wen)共(gong)烧(shao)陶瓷(ci)(LTCC)工艺(yi),使用(yong)液晶高分(fen)(fen)子(zi)封装的(de)模组具有(you)烧(shao)结温(wen)度(du)低(di)、尺寸稳定性强(qiang)、吸水率低(di)、产品强(qiang)度(du)高等优势,目前已被行(xing)业认作5G射频(pin)前端模组首选封装材(cai)(cai)料(liao)之一(yi),应(ying)用(yong)前景广阔(kuo)。


5 无(wu)人驾驶领域

   经过多年的(de)(de)(de)(de)发(fa)展,液晶(jing)(jing)高(gao)分(fen)子仍(reng)未实现大面(mian)积(ji)普及与(yu)高(gao)端应用,其主要原因之(zhi)一便是现有的(de)(de)(de)(de)通(tong)信(xin)技(ji)术无法稳定高(gao)效(xiao)(xiao)地提供(gong)信(xin)号(hao)传输支(zhi)持。5G新时代的(de)(de)(de)(de)来临,高(gao)速、高(gao)频、低(di)时滞的(de)(de)(de)(de)信(xin)号(hao)传输将大大提升无人驾(jia)驶技(ji)术的(de)(de)(de)(de)稳定性,液晶(jing)(jing)高(gao)分(fen)子天线的(de)(de)(de)(de)毫米波雷达(da)具(ju)有探测(ce)距(ju)离远(yuan)、分(fen)辨率高(gao)、方(fang)向性较好、体积(ji)小(xiao)等优(you)点,其受到天气(qi)环境影(ying)响较小(xiao),可(ke)有效(xiao)(xiao)辨别行(xing)人,且对驾(jia)驶感测(ce)精度(du)有不错(cuo)的(de)(de)(de)(de)提升,因而低(di)介电(dian)损耗(hao)的(de)(de)(de)(de)液晶(jing)(jing)高(gao)分(fen)子天线将成为无人驾(jia)驶汽车的(de)(de)(de)(de)绝(jue)佳(jia)选(xuan)择(ze)。
   与汽车制造的(de)(de)高额成本相比(bi),液晶高分子天线的(de)(de)单体价格(ge)差异几乎可以忽(hu)略不(bu)计,因此(ci)在未来无人驾驶智能汽车的(de)(de)推(tui)广中,液晶高分子天线有望实现高速渗透,提高液晶高分子的(de)(de)市场需求。


6 可穿戴设备领域
   可穿(chuan)戴(dai)设备(bei)在(zai)近年来呈现(xian)持续增(zeng)长势头,可穿(chuan)戴(dai)智能手表作(zuo)为通信终(zhong)端,需(xu)要(yao)(yao)高频(pin)信号(hao)的(de)(de)同(tong)步(bu)接收,且因其需(xu)要(yao)(yao)体积小、质量轻的(de)(de)特殊性,对空间有(you)较高要(yao)(yao)求。液晶高分(fen)子具有(you)传输(shu)效(xiao)率高且性价比高的(de)(de)优势,随着5G配套网络及应(ying)用(yong)场景的(de)(de)推(tui)广应(ying)用(yong),液晶高分(fen)子将随着可穿(chuan)戴(dai)设备(bei)的(de)(de)增(zeng)长实现(xian)同(tong)步(bu)高速增(zeng)长。
   综上,鉴于(yu)目前液晶(jing)高分(fen)子(zi)市场(chang)的(de)(de)(de)(de)现状,国(guo)内液晶(jing)高分(fen)子(zi)产(chan)品的(de)(de)(de)(de)发(fa)展,还需(xu)要各(ge)企业积极面对、勇于(yu)创新(xin),积极开发(fa)液晶(jing)高分(fen)子(zi)产(chan)品新(xin)牌号,如导热、导电、耐磨等特殊规格的(de)(de)(de)(de)液晶(jing)高分(fen)子(zi)以应(ying)对新(xin)的(de)(de)(de)(de)应(ying)用和新(xin)的(de)(de)(de)(de)领域,高低介电常数的(de)(de)(de)(de)液晶(jing)高分(fen)子(zi)以应(ying)对5G市场(chang)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求,以新(xin)的(de)(de)(de)(de)应(ying)用领域的(de)(de)(de)(de)增(zeng)长(zhang)带动液晶(jing)高分(fen)子(zi)质和量的(de)(de)(de)(de)快速(su)增(zeng)长(zhang)。


   另(ling)外,国内液晶高分子企业(ye)(ye)还需(xu)(xu)要(yao)积(ji)极开发(fa)合成液晶高分子所需(xu)(xu)要(yao)的单体,降低液晶高分子产品(pin)的生产成本,使国产液晶高分子在(zai)保证产业(ye)(ye)链安(an)全的同时,有更多(duo)的技术优势(shi)(shi)和(he)成本优势(shi)(shi)。

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